CN107005116B - 旋转电机的定子线圈、具有该线圈的旋转电机的定子和具有该定子的旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够提高导体接合部的接合强度和绝缘可靠性的旋转电机的定子绕组、具有该绕组的旋转电机的定子和具有该定子的旋转电机，旋转电机的定子绕组包括：具有用于与其它导体接合的接合部(104)的导体(110)；和熔点比上述导体低的接合件(401)，上述接合部的前端部形成由上述导体与上述接合件的合金构成的合金层(402)，上述接合部的根部通过上述接合件电连接。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机的定子线圈、具有该线圈的旋转电机的定子和具有该定子的旋转电机。
背景技术
作为本技术领域的背景技术，具有日本特开2009-81980号公报(专利文献1)。在该公报中记载有：“使定子绕组的制造工序简便，提高线圈段的被接合部的接合性和防止短路的可靠性。”(参照摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-81980号公报
发明内容
发明所要解决的问题
当将线圈段导体彼此通过TIG焊接接合时，用于使基材熔融而接合的热量输入容易变大，线圈导体表面的绝缘覆膜容易受到损伤。作为应对措施，如专利文献1那样在用于在接合导体彼此之间设置间隙的两个面插入了预先施加熔点低的接合件的间隔件，通过利用TIG焊接将上述间隔部件熔融接合而抑制绝缘覆膜的损伤。在该方法中，需要导致接合导体间的接合强度不足的合金层。
因此，本发明其目的在于提案代替上述那样的现有技术的导体接合方式，提供能够提高导体接合部的接合强度和绝缘可靠性的旋转电机的定子绕组、具有该绕组的旋转电机的定子和具有该定子的旋转电机。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题，例如采用权利要求的范围记载的结构。
本申请包括多个解决上述问题的方式，列举其一例的特征在于，包括：具有用于与其它导体接合的接合部的导体；和熔点比上述导体低的接合件，上述接合部的前端部形成由上述导体与上述接合件的合金构成的合金层，上述接合部的根部通过上述接合件电连接。
发明的效果
根据本发明，可提供能够提高导体接合部的接合强度和绝缘可靠性的旋转电机的定子绕组、具有该绕组的旋转电机的定子和具有该定子的旋转电机。
上述以外的问题、结构和效果能够通过以下的实施例的说明而明了。
附图说明
图1是表示混合动力电动汽车的框图的图。
图2是本发明的一个实施例的旋转电机的截面图。
图3是表示旋转电机的定子的外观图的图。
图4是表示插入一个插槽的绕组的概略情形的图。
图5是从内径侧观看将线圈插入定子铁芯后的状态时的图。
图6是表示实施例1中的使用电弧焊接机的接合方法的图。
图7是表示使用了扁平导体的定子绕组导体与接合件的接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图8是应用实施例1的实际设备的截面照片。
图9是表示使用了扁平导体的定子绕组导体与接合件的第二接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图10是表示使用了圆线的定子绕组导体与接合件的第三接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图11是表示使用了将多个导体聚集在一起的线(例如，集线)的定子绕组导体与接合件的第二接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图12是表示3个以上的定子绕组导体与接合件的接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图13是表示定子绕组导体与接合件的第六接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
图14是表示定子绕组导体与外部电源连接导体以及与接合件的接合例的图，其中，(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
在以下的说明中，作为旋转电机的一个例子，使用混合动力电动汽车用的旋转电机。此外，在以下的说明中，“轴向”是指沿着旋转电机的旋转轴的方向。周向是指沿着旋转电机的旋转方向的方向。“径向”是指由旋转电机的旋转轴为中心时的矢径方向(半径方向)。
此处说明的实施例的旋转电机的定子的线圈结构。旋转电机大体上由形成为圆筒状的定子和在该定子的内周侧隔着规定的间隙配置的转子构成。
定子具有以在旋转方向上极性交替地不同的方式配置的多个磁极，具有形成为圆筒状的定子铁芯和卷绕于该定子铁芯的多个定子线圈。在上述定子铁芯，为了收纳定子线圈而形成有在轴向上贯通并且在周向上排列的多个插槽。各定子线圈通过在各插槽内沿轴向设置并且从插槽的轴向一端被引出的引线部，以与多个磁极对应的方式，跨以规定的周向间距隔开的多个插槽地延伸设置。各定子线圈将收纳配置于各插槽内的多个导体利用熔点比线圈导体低的接合件电接合。被接合的线圈导体的接合部的前端由线圈导体与接合件的合金层构成，线圈导体间接合部的根部通过利用接合件电连接而构成。
在本发明中，使用熔点比线圈导体低的接合件和线圈导体的合金层以及接合件对线圈导体进行钎焊而将线圈导体接合，从而将从外部施加至线圈导体的热量输入的影响控制在最小限度，因此，能够满足绝缘强度并且通过使线圈的绝缘覆膜剥离长度比现有技术短来实现低线圈端化，能够确保与传输部等其它设备的充足的间隙。
实施例1
图1是装载有本发明的实施例的旋转电机的混合动力电动汽车的框图。在车辆1装载有作为车辆动力源的发动机2和旋转电机3。另外，也可以同时使用作用不同的两个旋转电机，在这种情况下，一个旋转电机进行发电和车辆的驱动这两方面，另一个旋转电机担负车辆的驱动。
由发动机2和旋转电机3产生的旋转扭矩经无级变速器或有级自动变速器等变速器4和差速器5传达至車輪(驱动輪)6。旋转电机3载置在发动机2与变速器4之间或变速器4中。因而，旋转电机3为了将对车辆1的空间的影响限制在最小限度，需要小型高输出。
图2是简略地表示上述的旋转电机3的部分截面图，将轴201左侧的区域以截面表示，将右侧的区域表示为侧面图。旋转电机3收纳配置在外壳7的内部。此处，在图1所示那样旋转电机3配置在发动机2与变速器4之间的结构的情况下，外壳7利用发动机2的外壳和变速器4的外壳而构成。此外，在旋转电机3载置在变速器4中的情况下，外壳7利用变速器4的外壳而构成。
旋转电机3包括定子100和转子200。转子200隔着间隙11配置在定子100的内周侧。转子200固定于轴201，与该轴201一体地旋转。轴201的两端被轴承202A、202B可旋转地支承于外壳7。定子100使用螺栓12等使得其外周侧固定在外壳7的内周侧。该旋转电机3是在转子200具有永磁体的3相同步型的电动机，通过向定子100供给大电流(例如300A左右)的3相交流而作为电动机工作。
图3是以单体表示旋转电机1的定子100的立体图，图4是表示各插槽105的内部的截面对应图。
如图3和图4所示，该定子100具有在内周侧形成有多个插槽105的定子铁芯(还称为定子铁心)101和卷绕于该定子铁芯101的与U相、V相和W相对应的3个定子绕组102。插槽105沿轴向贯通形成，并且以规定的周向间距沿周向隔着等间隔地排列，在内周侧开口形成有沿轴向延伸的狭缝108。
本实施例的各定子绕组102由具有绝缘覆膜110的矩形的导体构成，如后所述，具有插入、保持于插槽105的大量的导体106。而且，在同一插槽105内相邻的导体106彼此通过设置在定子铁芯101的轴向一端侧(图3的下端侧)的焊接部104被相互焊接起来，多个导体106构成利用焊接部104电连接成的长条的定子绕组102。这些导体106的被接合部侧的一部分向插槽105的轴向外侧突出，其中，被接合部104的整周的绝缘覆膜剥离。在各插槽105内插入绝缘纸103，通过该绝缘纸103，在导体106的插槽105内插通的直线部109与定子铁芯101之间被绝缘。如图4所示，绝缘纸103以将排列于各插槽105内的四个导体106中相邻的两个的导体106捆束的方式设置，即在各插槽105设置有两个绝缘纸103。
各定子绕组102通过从插槽105的轴向一端引出的形成为大致U字形或大致V字形的引线部107，跨以规定的周向间距隔开的多个插槽105地延伸设置。定子绕组102彼此交叉，以绝缘覆膜110被除去了的部分111立起并相邻的方式配置。而且，通过多个定子绕组102，生成以在旋转方向上极性交替地不同的方式配置的多个磁极。
如图4所示，插入插槽105的导体106A、106B、106C、106D这四个导体以形成为同心圆状的层的方式沿定子铁芯101的径向配置成一列。将插入各插槽105的导体106A、106B、106C、106D从内径方向起依次设为第1层、第2层、第3层、第4层。即，导体部106A配置并插入于第1层，导体部106B配置并插入于第2层，导体部106C配置并插入于第3层，导体部106D配置并插入于第4层。
图5是从内径侧观看将线圈插入定子铁芯后的状态时的图。
也如图4、图5所示的那样，构成定子绕组102的各导体106为截面方型线圈。定子绕组使用无氧铜或有氧铜。例如在使用有氧铜的情况下，氧含有率大约为10ppm以上至1000ppm左右。各导体106具有在插槽105内沿轴向贯通的直线部109，并且呈U字形或V字形形成从插槽105的轴向一端(图3的右端)引出的一方的引线部107，在两端具有接合部104。
如图6所示，在本发明的接合工序中，与气体电弧焊接机301联动地使将接合件401供给至被接合部104的接合件供给装置302启动，将被接合部104接合。在进行接合时，利用被接合部保持夹具303对定子绕组102彼此的被接合部104加压之后，通过焊接电源304和电极305对定子绕组102的被接合部104间通电，由此，由接合件供给装置302供给的接合件401与定子绕组102由于电弧而发热熔融。此时使用的电极305的材料优选为钨(W)类或钼(Mo)。
如图7和图8所示，在定子绕组102彼此的被接合部之间，存在熔点比被接合部低的接合件401，定子绕组接合部104被熔融，使得接合部前端成为定子绕组导体102与接合件401的合金层402，接合部根部经由接合件401的焊接而电接合。接合部前端的上表面形状由于被接合部104的熔融面积小，因此端面的一部分作为角部501而存在，能够确保与相邻的接合部104的距离，能够提高绝缘可靠性。
接合后的截面形状如图7(b)所示那样，具有接合部前端成为定子绕组导体102与接合件401的合金的区域(合金层)402为大致T字形状的特征。通过截面形状为大致T字形状的合金层402、以及接合部根部经由接合件的焊接而电接合，与现有的利用电弧的接合方法相比较，能够使施加至被接合部104的热量与现有技术相比减半。
通过上述的接合方式，能够满足接合强度并且缩短用于减少接合时的热引起的定子绕组外周的绝缘覆膜110的损伤的绝缘覆膜剥离长度，获得能够降低线圈端高度的效果。
实施例2
说明定子绕组102与接合件401的第二接合例。图9(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图9(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
在本实施例中，定子绕组102也由具有绝缘覆膜110的矩形的导体构成，被接合部104被除去绝缘覆膜401。本实施例与实施例1的差异点在于，本实施例通过令被接合部104的熔融量更大，令合金层402的面积更大而将从线圈前端上表面部看时的形状形成为圆形。
通过将线圈前端形状形成为圆形，在本实施例中，也能够获得具有截面形状成为大致T字型的合金层402的与实施例1相同的效果，还能够获得缓和对接合部104的应力集中的效果。
另外，作为热源使用电子束代替电弧来熔融接合件401和定子绕组102也能够进行同样的接合。此外，利用激光焊接、等离子体焊接、气体焊接、MIG(Metal Inert Gas：金属惰性气体)焊接也能够实施同样的接合。
实施例3
图10表示定子绕组102与接合件401的第三接合例。图10(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图10(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
本实施例为在定子绕组102使用截面形状为圆形的导体彼此的结构，构成的各导体的成分和接合件401的结构、接合方式、效果与上述的实施例1、2相同。
实施例4
图11表示定子绕组102与接合件401的第四接合例。图11(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图11(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
本实施例为在定子绕组102使用将多个导体聚集在一起的例如集合线的结构，构成的各导体的成分和接合件401的结构、接合方式与实施例1至3相同。本实施例与实施例1至3的差异点在于，由于跨多个被接合部，所以接合后的截面形状具有大致梳齿形的合金层403。通过将合金层403形成为梳齿形，加大被接合部彼此的接触面积，能够获得确保充足的接合强度的效果。
实施例5
图12表示定子绕组102与接合件401的第五接合例。图12(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图12(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
在图12中，使用截面为矩形的导体，不过成为被接合部的定子绕组102的截面形状并不存在矩形、圆形等限定，也可以为多边形。
本实施例与实施例1至3的差异点在于，将沿定子外径方向配置有多个的定子绕组102接合3个以上。构成的各导体的成分和接合件401的结构、接合方式与实施例4相同。
根据本实施例，即使在被接合导体为3个以上的情况下也能够同时进行接合，能够不使接合强度降低地削减接合操作次数。
实施例6
图13表示定子绕组102与接合件401的第六接合例。图13(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图13(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。
在图13中，使用成为被接合部的定子绕组102的一个截面形状为矩形、另一个截面形状为圆形的导体，不过并不限定于两个以上的被接合部的形状的组合，例如也可以为矩形、圆形、多边形。构成的各导体的成分和接合件401的结构、接合方式与实施例1至3相同。
根据本实施例，即使在被接合导体彼此的截面形状不同的情况下也能够通过确保利用钎焊实现的与大致T字型的合金层402的接合面积来提高接合强度，并且能够获得电阻的改善效果。
实施例7
图14表示定子绕组102与接合件401的第七接合例。图14(a)是从线圈端面侧看接合处时的上表面图，图14(b)是在轴向上将线圈的接合处切断后的截面图。本实施例为使用定子绕组102和平板状的外部电源连接用导体601(例如铜端子)的结构，构成的各导体的成分和接合件401的结构、接合方式和效果在具有大致T字型的合金层402与实施例6相同。
如以上说明的那样，根据本发明，能够在旋转电机的形成定子绕组的导体的接合部，抑制从外部施加至导体的基材的热量限制在最小限度，并且以充足的接合强度将导体彼此接合。此外，能够减少来自外部的热量输入引起的线圈段的绝缘覆膜损伤，因此能够改善线圈端的低高度化和电阻。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，而包括各种变形例。例如，上述的实施例为了使本发明容易明白而进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外，能够将一个实施例的结构的一部分替换为另一个实施例的结构，此外，还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、削除、替换。
附图标记的说明
1：车辆
2：发动机
3：旋转电机
4：变速器
5：差速器
6：车轮
7：外壳
100：定子
101：定子铁芯
102：导体
103：绝缘纸
104：导体焊接部
105：插槽
106a～d：绕组导体部
107：形成为U字或V字的导体引出部
108：设置在插槽的狭缝部
109：插槽内的导体直线部
110：导体的绝缘覆膜部
111：导体的绝缘覆膜剥离部
200：转子
201：轴
202A、202B：轴承
301：气体电弧焊接机
302：接合件供给装置
303：被接合部保持夹具
304：焊接电源
305：焊接电极
401：接合件
402：接合件与导体的大致T字型的合金层
403：接合件与导体的大致梳齿状的合金层
501：焊接后的导体角部
601：平板状的外部电源连接用导体。
Claims (8)
1.一种旋转电机的定子绕组，其导体在接合部彼此电连接，所述旋转电机的定子绕组的特征在于：
所述接合部的前端部具有使用合金层形成的从所述导体的前端面凸起的堆焊构造，其中，所述合金层由所述导体和熔点比所述导体低的接合件的合金构成，
所述接合部的根部经由所述接合件使所述导体彼此直接接合，
所述合金层以截面形状成为T字形的方式进一步渗镀形成于所述导体彼此之间。
2.一种旋转电机的定子绕组，其导体在接合部彼此电连接，所述旋转电机的定子绕组的特征在于：
所述接合部的前端部具有使用合金层形成的从所述导体的前端面凸起的堆焊构造，其中，所述合金层由所述导体和熔点比所述导体低的接合件的合金构成，
所述接合部的根部经由所述接合件使所述导体彼此直接接合，
所述合金层将三个以上的所述导体的接合部的前端聚集并接合在一起，且以截面形状成为梳齿状的方式进一步渗镀形成于所述导体彼此之间。
3.如权利要求1或2所述的旋转电机的定子绕组，其特征在于：
所述导体由无氧铜或有氧铜构成。
4.如权利要求1或2所述的旋转电机的定子绕组，其特征在于：
所述导体的截面形状为矩形或圆形。
5.如权利要求1或2所述的旋转电机的定子绕组，其特征在于：
所述定子绕组在导体被接合部与用于连接外部电源的导体电连接，
所述导体被接合部的前端和所述用于连接外部电源的导体的前端具有使用由熔点比所述定子绕组的所述导体和所述用于连接外部电源的导体低的接合件、所述用于连接外部电源的导体和所述定子绕组的所述导体这三者的合金构成的合金层而形成的堆焊构造，
所述导体被接合部的根部和所述用于连接外部电源的导体的根部经由所述接合件直接接合。
6.一种旋转电机的定子，其特征在于，包括：
权利要求1～5中任一项所述的旋转电机的定子绕组；和
定子铁芯，
所述导体遍及所述定子铁芯的整周地连续卷绕而构成所述定子绕组。
7.一种旋转电机，其特征在于，包括：
权利要求6所述的旋转电机的定子；和
转子。
8.一种旋转电机的定子绕组的制造方法，所述定子绕组是由多个导体在接合部电连接而构成的，所述制造方法的特征在于，包括：
保持所述多个导体彼此的接合部并对该接合部加压，并且对所述接合部间通电的步骤；和
一边向所述接合部供给熔点比所述导体低的接合件，一边利用电弧焊接、电子束焊接、激光焊接、等离子体焊接、气体焊接或MIG焊接来进行堆焊的步骤，
通过进行以上两个步骤，在所述接合部的前端部形成由所述接合部和所述导体的合金构成且从所述导体的前端面凸起的合金层，并使所述合金层以截面形状成为T字形的方式进一步渗镀形成于所述导体彼此之间，
所述接合部的根部经由所述接合件使所述多个导体彼此直接接合。
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